负载敏感泵的变量响应特性对挖掘机性能的影响_莫有瑜_图文

1、负载敏感泵的变量响应特性对挖掘机性能的影响莫有瑜(广西玉柴重工有限公司液压技术研究所,广西玉林 537005摘 要:负载敏感系统泵的变量响应特性直接关系到挖掘机的整体匹配性能优劣,变量响应速度的快慢影响各动作的协调性以及泵的寿命。从负载敏感系统原理出发,细致分析影响负载敏感泵的变量响应因素及需要注意的关键性问题,为挖掘机液压件的国产化提供实践支持,减少国产化液压件和系统匹配的进程时间。关键词:负载敏感;动态测试;变量特性;阻尼;吸空中图分类号:TH 3 文献标识码:A 文章编号:1006-4414(201103-0096-03The i m pact of variable response

2、characteristics of load sensitive pu m p on excavator perfor m anceM o You-yu(H ydraulic technology instit u te of Guan gx i Yuchai heavy indus try Co .,L t d,Yuli n Guangx i 537005,ChinaAbstrac t :V a riab l e response character i stics o f load sensiti ve syste m pu m p is directl y related to the

3、 overallma tch i ng perfor m ance qua lity o f ex cava t o r ,and how the speed of var i able response qu ick l y or slow l y i s also a ffecti ng the each acti on coo rd i nati on and the life of pu mp .Fro m l oad sensitive theory ,t he facto rs wh ich i m pacts on v ariab l e response charac teri

4、sti cs o f load sensiti vepump and the key issues need to be noticed are ana lyzed carefu ll y .It prov i des practical support t o ex cavato r hydrauli c parts ofthe locali zati on ,can reduc pro cess ti m e o f l oca liza tion hydrau li c parts and ma tch sy stem .K ey word s :load sensiti ve ;dyn

5、am ic testi ng ;va riab l e charac teristi cs ;damp i ng;suck e mpty1 引 言液压件一直是制约着我国工程机械发展的瓶径之一,随着近几年工程机械的迅猛发展越来越引起液压同行的关注。由于负载敏感系统是一种广泛应用于挖掘机的液压系统控制方式,系统一般由一个带负荷传感控制的液压泵供油,具有结构紧凑、节能省油、复合动作协调性高等特点。由于具有比较多优点以及应用历史比较久远,该系统也是国内争相模仿和制造的对象。目前国内对挖掘机液压件基本上是全盘照搬进口件结构,由于部件生产厂家缺少对整机匹配的经验,以及自身制造能力的不足使得在对整机的匹配调

6、节中,出现了油缸吸空、掉头、动作停顿不连续等故障,对泵的流量控制结构进行调整也无法问题。早前也有文献资料中提及负载敏感系统LS 反馈信号对管道通径的选择对系统性能稳定的影响1,从这个出发点笔者做了相应的对比试验(改换不同管道内径的胶管连接,但故障同样存在。本文针对该故障模式进行对比分析,以令读者往后遇到此类故障处理时起到引导作用。2 原因分析挖掘机工作装置各单动动作过程中出现吸空、掉头、动作先慢后快等现象主要跟流量、阀背压有直接关系,但由于动臂提升过程中同样存在先慢后快现象,那么引起此类故障的原因主要是流量的建成时间。因为测试动作为空载单动作,发动机转速基本恒定,引起流量不足的问题主要还是受泵

7、排量的影响。 泵的变量响应速度特性直接影响到系统构建的快慢。图1 泵控原理图负载敏感系统,复合动作时采用压力补偿阀与LS 反馈信号自动调节各补偿阀开口,起到按需流量分配的作用,单动作不存在这方面的影响。为此,从泵的LUDV 控制原理结构出发如图1所示,笔者将关注点主要放在了泵变量机构的单向节流阀上,流量控制阀只影响变量油路的切换以及最小排量的设定,它的配合精度不会引起油路切换的时间,除非卡阀。因此用不同的泵匹配同样的多路阀进行试验就可得出结果,#96#应用与试验#机械研究与应用#*收稿日期:2011-04-06作者简介:莫有瑜(1980-,男,广西玉林人,助理工程师,主要从事汽车液压助力转向系

8、统、挖掘机液压系统的设计与研究以及核心液压部件的设计工作。这种方式也可以证明LS 反馈信号对故障引起有无影响。从理论上分析出单向节流阀与变量机构的配合要点。3 对比试验对比试验条件如表1所示。表1 试验条件主泵多路阀主泵功率(k W 发动机转速(r/m i n挖掘机吨位(t对比测试动作泵单向节流孔等效面积(mm 2泵变量机构形式及弹簧系数力士乐力士乐3220006斗杆单动0.43相同力源力士乐3220006斗杆单动0.14相同海特克力士乐3220006斗杆单动0.46相同在同一台挖掘机上同一发动机转速换上不同厂家的泵匹配力士乐的多路阀,检测同一个动作,以此作为对比分析的基础。4 动态测试在测试

9、过程中,反复操作执行单个动作,用H ydro techi n k 动态测试系统采集整个操作过程,以下是从测试过程中采集放大的单个动作循环(斗杆收斗杆放。动态测试曲线图中对应符号分别为:P 1(泵出口压力,线1,P 2(LS 反馈压力,线2,P 3(斗杆大腔压力,线3,P 4(斗杆小腔压力,线4,Q 1(泵出口流量,线5,d p (泵反馈处压差P 1P 2,线6,动态图横坐标为时间,s ,系统数据采集精度为0.2m s ,每个循环测试30s 。由于篇幅的限制以及便于清晰显示测试结果,下面测试图的纵坐标只给出斗杆大腔的工作压力与流量范围,其中P 1、P 2、P 3、P 4的纵坐标范围都是310ba

10、r ,d p 的纵坐标范围是130bar 。力士乐系统的动态测试状态图如图2所示,下面的数据点显示的是斗杆大腔进油响应时间阶段开始 和结束两个点的数据。图2 力士乐泵斗杆运动图力源泵配力士乐多路阀系统的动态测试状态图如图3所示,下面的数据点显示的是斗杆大腔进油响应时间阶段开始和结束两个点的数据。海特克泵配力士乐多路阀系统的动态测试状态图如图4所示,下面的数据点显示的是斗杆大腔进油 响应时间阶段开始和结束两个点的数据。图3 办源泉泵斗杆 运动图图4 海特克泵斗杆运动图5 测试数据分析依据测试图,力士乐的响应时间约0.5s ,力源约1.3s ,海特克约0.3s 。在测试中,只有力源系统存在先慢后快

11、的掉头现象,并且后续调整流量控制阀没有得到任何改善。由于力源泵的流量比较大,斗杆总体运行时间和正常没有什么区别,约2.6s 左右。海特克泵的稳定性相对较低,斗杆运动性能感觉上与力士乐没有什么区别,只有从动态曲线图上才能看出优劣。国产泵同力士乐的最大区别为,空流或者过载时都无流量,该情况,加大了泵的冲击和系统构建的稳定性,影响热量的散发,整体降低系统的可靠性,这点在以前的资料没有很好的涉及,这对国内从业人事负#97#应用与试验#机械研究与应用#载敏感认识产生了误区。d p 主要是多路阀中的补偿阀产生,它的大小主要是控制流量阀的开口以控制变量活塞活动所需压力,它只影响斜盘摆角的大小,不影响斜盘的运

12、动时间,在系统稳定后基本是相同的,证明d p 对泵的变量特性与响应时间不起主要作用。从动态曲线图看出,出现掉头现象主要是流量从零到最大稳定时的时间,也即是泵从最小排量变量到正常排量的时间。影响泵变量时间主要是弹簧刚度以及节流孔的设定。弹簧刚度K 以及压缩量构成了变量机构油液流动的压差$P ,它与节流孔面积的匹配决定了变量运动的时间。由2$P =1/2E Q M2(1侧有变量机构卸油的时间为:t =V 液q =V 液A M =V 液P r22$PEQ(2式中:V 液为变量机构等效排出液体体积;$P 为变量机构差动力形成的压差,主要由弹簧刚度及压缩量决定;E 为节流孔的阻尼系数,主要受加工精度与形

13、状决定;r 为节流孔等效半径。因为三个厂家的泵结构基本相同,变量机构一样,那么通过以上方程可知,变量响应时间主要与E 正比,与r 成反比。因三个泵的功率调定相同,选用的弹簧的刚度系数一样,忽略弹簧刚度的误差,侧变量响应时间主要决定于节流孔的结构形式以及加工精度。由于采用的是V 形斜槽节流结构,加工深度、外形精度以及表面粗糙度控制难度大,并且不注意加工质量稳定的控制,造成了同样是模仿力士乐,但却得不到同样的匹配性能的故障。只能模仿不能盲目跟从,应当根据实际情况进行设计调整。6 结 论(1挖掘机出现掉头,动作先慢后快故障原因主要由液压泵引起,液压泵的响应特性影响了流量建立的时间,是这种故障的直接表

14、现形式。(2液压泵的变量响应特性主要受单向节流阀控制,它的结构直接影响泵及其系统的性能。(3单向节流阀的精度影响到整泵的使用寿命与可靠性。(4液压泵的最小排量调定应不只是满足保证泵正常运转的泄漏量,而应当设定发动机怠速状态时流量为8L /m i n 的排量要求处于待命状态(即最小排量设定V =8mL /r。(5弹簧刚度以及压缩调定量、节流孔形式及精度应根据各自生产厂家的情况进行调定生产加工,变量响应时间应控制在0.3s0.5s 左右。(6各生产厂家应把液压泵的变量响应特性作为一项主要性能进行检测,以减少同类故障的再次产生。参考文献:1 宋海涛.负载反馈油管对负载敏感液压系统动态特性影响的探讨J

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16、sfer coeff-i ci en ts duri ng gas quench i ng .J.N e w as p ects of fl u id m echan ics ,H eat transfer and environm ent ,2005(7:168-171.4 谭 真,郭广交.工程合金热物性M .北京:冶金工业出版社,1994.5 王硕桂.等离子表面淬火过程的简化算法和淬硬相变温度计算J.金属热处理,1998(3:50-52.6 Farias ,D.s .et a.l I n proceed i ngs of t h e 2nd i nternati onal se m i nar ons u rface eng .W it h h igh energy bea m sA,L is bon portugal